利用2008年中國第三次北極科學(xué)考察的CTD和LADCP數(shù)據(jù)，研究了北冰洋加拿大海盆的雙擴(kuò)散階梯結(jié)構(gòu)與無雙擴(kuò)散海域的特殊物理過程。數(shù)據(jù)表明，雙擴(kuò)散階梯在加拿大海盆廣泛存在，既是溫度階梯，也是鹽度階梯。在加拿大海盆中部和北部的深水海域觀測到了明顯的雙擴(kuò)散階梯，階梯結(jié)構(gòu)在深度分布上有顯著的空間差異。雙擴(kuò)散階梯發(fā)生在100～500 m的深度范圍內(nèi)，穩(wěn)定的階梯結(jié)構(gòu)位于溫躍層所在深度，階梯高度1～5 m，深度較大的階梯通常是復(fù)合階梯。 雙擴(kuò)散階梯發(fā)生在北冰洋的主鹽度躍層，也是密度躍層，是北極中層水與上層水的分界面，躍層強(qiáng)烈的層化和障礙層抑制了海水的垂向湍流混合。雙擴(kuò)散階梯的存在意味著海洋湍流運(yùn)動非常微弱，穿越雙擴(kuò)散海域的垂向熱通量很小，微弱的熱損失使得北極中層水在長距離輸送過程中保持其溫度特征。自從1999年起，北極中層水增暖的信號進(jìn)入加拿大海盆，雙擴(kuò)散階梯的存在使增暖的信號在北冰洋得以長距離保持，成為示蹤北極中層水運(yùn)移路徑的重要信號。 基于雙擴(kuò)散熱通量定律，估計(jì)200～300 m深度平均的雙擴(kuò)散熱通量約為0.05～0.22Wm~(-2)，與近期的研究結(jié)果接近，與較早的研究結(jié)果相比大了一倍，可能是中層水增暖導(dǎo)致雙擴(kuò)散熱通量增大。但由于雙擴(kuò)散熱通量遠(yuǎn)小于表面混合層對海冰的平均熱通量，北極中層水的熱量很少進(jìn)入海洋上層，因此，在加拿大海盆中部和北部，來自北極中層水的垂向熱通量對海表面熱收支的影響不是重要的。但是，在加拿大海盆南部海域和海盆邊緣，較強(qiáng)的湍流運(yùn)動導(dǎo)致雙擴(kuò)散階梯消失，北極中層水的熱量可能對上層海洋結(jié)構(gòu)和熱通量產(chǎn)生顯著影響。計(jì)算得到的無雙擴(kuò)散海域200～300 m深度平均的垂向熱通量約為0.64～0.89Wm~(-2)，比雙擴(kuò)散海域的垂向熱通量大4～10倍。正是這更大的垂向熱通量導(dǎo)致了北極中層水的熱量無法保持，也導(dǎo)致了中層水增暖信號被削弱。 加拿大海盆的大范圍海域存在雙擴(kuò)散階梯，使中層水增暖信號在北冰洋得以長距離保持，但在加拿大海盆南部陸坡附近海域不存在雙擴(kuò)散階梯現(xiàn)象，觀測發(fā)現(xiàn)那里的中層水增暖信號也趨于消失，表明那里存在較大的垂向熱通量。選耳義波弗特海，將實(shí)測的無雙擴(kuò)散海域劃定為“熱損失帶”，并從兩方面計(jì)算了在這個海域北極中層水的熱量損失：一方面，基于PP參數(shù)化方案，計(jì)算通過密度躍層向上的湍流熱擴(kuò)散率約為3.59×10~(10)J/s；另一方面，計(jì)算流入和流出熱損失帶的北極中層水的熱含量之差，用以估計(jì)北極中層水流經(jīng)熱損失帶過程中熱含量的損失率，計(jì)算的結(jié)果約為6.70×10~(10)J/s。垂向湍流熱擴(kuò)散率與熱含量損失率的量級相同，表明北極中層水在流動過程中熱含量降低主要是垂向湍流熱擴(kuò)散造成的。 雙擴(kuò)散對流導(dǎo)致的階梯狀均勻混合在加拿大海盆廣泛存在，在雙擴(kuò)散海域北極中層水的熱量很少進(jìn)入海洋上層。而在無雙擴(kuò)散海域湍流運(yùn)動破壞了雙擴(kuò)散階梯，打破了北極中層暖水的物理封閉性。較大的熱量損失表明該海域湍流運(yùn)動很強(qiáng)，其可能原因有兩個：其一，陸坡海域受側(cè)邊界摩擦的影響，使湍流運(yùn)動增強(qiáng)，導(dǎo)致北極中層水較大的垂向熱輸運(yùn)；另一個原因是海水的補(bǔ)償運(yùn)動可能在波弗特海陸坡附近發(fā)生上升流，上升運(yùn)動將密度躍層向上提升。躍層深度變淺將受到表面運(yùn)動更大的影響，導(dǎo)致湍流運(yùn)動增強(qiáng)，雙擴(kuò)散階梯不存在或被破壞。
【學(xué)位單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：P731.2
【部分圖文】：

成雙擴(kuò)散階梯，即溫度和鹽度階梯�！�(dāng)暖而咸的海水位于冷而淡的海水之上時(shí)，形成“鹽指”。界面之上是高溫高鹽的海水，界面之下是低溫低鹽的海水(圖1一1(b))，產(chǎn)生向下的鹽通量和向下的熱通量(圖1一1(a))，由于絕大部分熱量是從側(cè)向擴(kuò)散的(圖1一1(c))，熱通量遠(yuǎn)小于鹽通量，聯(lián)合效應(yīng)導(dǎo)致向下的密度通量。當(dāng)冷而淡的海水位于暖而咸的海水之上時(shí)，發(fā)生“雙擴(kuò)散對流”現(xiàn)象。界面之上是低溫低鹽的海水，界面之下是高溫高鹽的海水，向上的熱通量和向上的鹽通量(熱通量遠(yuǎn)大于鹽通量)的聯(lián)合效應(yīng)，導(dǎo)致向下的密度通量(圖1一1(d))

大測量深度600om，最大誤差 1en歲s。CTD與LADCP捆綁在一起下放，因此觀測數(shù)據(jù)是同步的。在考察中，科考人員用了大量時(shí)間，對所有的深水測站進(jìn)行了雙擴(kuò)散階梯觀測(圖2一l)，并在可能發(fā)生雙擴(kuò)散階梯現(xiàn)象的深度采用低速下放，下放速度控制在 15mlmin以內(nèi)，即25c耐s以內(nèi)。觀測時(shí)間為2008年8月7日至9月5日。本文利用以上數(shù)據(jù)，研究了北冰洋加拿大海盆的雙擴(kuò)散階梯現(xiàn)象。圖2一 12008年北極考察海洋站位圖圖中繪出了500m，l00()m，2000m，3000m等深線

北冰洋雙擴(kuò)散階梯結(jié)構(gòu)與無雙擴(kuò)散海域的特殊物理過程為了進(jìn)一步分析無雙擴(kuò)散海域的特殊物理過程，本文選取波弗特海西部的三個斷面(B1斷面、Sl斷面、S2斷面)(圖2一2)，進(jìn)行深入研究。這幾個斷面可以代表2008年航次中無雙擴(kuò)散海域的基本水文特征。圖2一2波弗特海觀測站位圖2.2研究方法2.2.1利用雙擴(kuò)散熱通量定律計(jì)算垂向熱通量T山書 er(1973)指出，雙擴(kuò)散層結(jié)的相對強(qiáng)度可以用鹽度與溫度的垂向梯度比R，來描述，即穩(wěn)定性比或密度比[201。R，=那Z/aTz(2一1)其中，a二一p一，助歸T，為熱膨脹系數(shù)，刀二一p一‘助/韶
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2848733